(大学物理)光的偏振.pdf

1 1 光的偏振状态光的偏振状态 一一 线偏振光线偏振光 E 播播 传传 方方向 向 振振 动动 面面 面对光的传播方向看面对光的传播方向看 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解 E Ey Ex y x sin cos EE EE y x 第三章第三章光的偏振光的偏振 线偏振光的表示法 线偏振光的表示法 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面 二二 自然光自然光 没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解 一束自然光可分解为两束振动方向相互一束自然光可分解为两束振动方向相互 垂直的垂直的 等幅的等幅的 不相干的线偏振光不相干的线偏振光 yx EE yx III 自然光的表示法 自然光的表示法 三三 部分偏振光部分偏振光 部分偏振光的分解部分偏振光的分解 部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂 直的直的 不等幅的不等幅的 不相干的线偏振光不相干的线偏振光 部分偏振光的表示法 部分偏振光的表示法 平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强 四四 圆偏振光圆偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光 椭圆偏振光 椭圆偏振光 光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆 光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆 在迎光矢量图上 光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为在迎光矢量图上 光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为 左旋偏振光 沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光 左旋偏振光 沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光 圆偏振光圆偏振光 线偏光线偏光 2 2 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 一一 起偏起偏 偏振片偏振片 起偏 起偏 从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 起偏器起偏器 起偏的光学器件起偏的光学器件 两向色性的有机晶体 如硫酸碘奎宁 电气石或聚两向色性的有机晶体 如硫酸碘奎宁 电气石或聚 乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后 在高温下拉伸 烘干 乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后 在高温下拉伸 烘干 然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片 它有一个特然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片 它有一个特 定的方向 只让平行与该方向的振动通过 定的方向 只让平行与该方向的振动通过 1928年美国大学生兰德发明 偏振片的起偏偏振片的起偏 非偏振光非偏振光I0线偏振光线偏振光 I P 偏振化方向偏振化方向 透振方向透振方向 0 2 1 II 二二 马吕斯定律马吕斯定律 I0 I P PE0 E E0cos 2 0 0 EI 2 0 cosII 0max 0III 0 2 I 马吕斯定律马吕斯定律 消光消光 2 2 0 2 cos EEI 三三 检偏检偏 用偏振器件分析 检验光的偏振态用偏振器件分析 检验光的偏振态 I P 待检光待检光 思考 思考 I不变不变 是什么光 是什么光 I变 有消光变 有消光 是什么光 是什么光 I变 无消光变 无消光 是什么光 是什么光 例 一束光强为一束光强为I0的自然光垂直穿过两个的自然光垂直穿过两个 偏振片 且此两偏振片的偏振化方向成偏振片 且此两偏振片的偏振化方向成 45 角 若不考虑偏振片的反射和吸收 则穿角 若不考虑偏振片的反射和吸收 则穿 过两个偏振片后的光强为 过两个偏振片后的光强为 B A 4 2 0I B 4 0I C 2 0I D 2 2 0I 例 三个偏振片三个偏振片 P1 P2与与P3 堆叠在一起 堆叠在一起 P1 与与 P3 的偏振化方向相互垂直 的偏振化方向相互垂直 P2 与与 P1 的的偏偏振化方向间的夹角为振化方向间的夹角为 30 强度 强度 为为 I0 的自然光垂直入射到偏振片的自然光垂直入射到偏振片 P1 并 并 依次透过偏振片依次透过偏振片 P1 P2 与与 P3 若不考虑 若不考虑 偏振片的吸收和反射 则通过三个偏振片偏振片的吸收和反射 则通过三个偏振片 后的光光强为 后的光光强为 C A 4 0I B 8 3 0I C 32 3 0I D 16 0I 3 3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 一一 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 i i0 0 时 反射光只有 时 反射光只有S S分量分量 i 0 0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角i0 0 r0 0 90 90O O 由由 020201 cossinsininrnin 有有 布儒斯特定律布儒斯特定律 1812 1812年年 21 1 2 0 tgn n n i n1 n2 i i r 自然光反射和折射自然光反射和折射 后产生部分偏振光后产生部分偏振光 n1 n2 i0 i0 r0 线偏振光线偏振光 S 起偏振角起偏振角 若若 n1 1 1 1 0000 空气空气 n2 2 1 1 5050 玻璃玻璃 则 则 二二 玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆起偏和检偏 起偏起偏 当当i i0 0时时 自然光从空气自然光从空气 玻璃玻璃 15 I I 00 1 50 1 玻璃玻璃 空气空气 tg 1 0 i 1856 i0 接近线偏振光接近线偏振光 玻璃片堆玻璃片堆 I I 例 自然光以自然光以 60 的入射角照射到某一透的入射角照射到某一透 明介质表面时 反射光为线偏振光 则知 明介质表面时 反射光为线偏振光 则知 B A 折射光为线偏振光折射角为 折射光为线偏振光折射角为30 B 折射光为部分偏振光 折射角为 折射光为部分偏振光 折射角为 30 C 折射光为线偏振光 折射角不能确定 折射光为线偏振光 折射角不能确定 D 折射光为部分偏振光 折射角不能确定 折射光为部分偏振光 折射角不能确定 例题 已知某材料在空气中的布儒斯特角例题 已知某材料在空气中的布儒斯特角 求它的折射率 若将它放在水中 水的折射率求它的折射率 若将它放在水中 水的折射率 为为 1 33 求布儒斯特角 该材料对水的相对 求布儒斯特角 该材料对水的相对 折射率是多少 折射率是多少 0 58 p i 解 解 设该材料的折射率为设该材料的折射率为n 空气的折射率为 空气的折射率为1 6 1599 1 58tan 1 tan 0 n ip 放在水中 则对应有放在水中 则对应有 2 1 33 1 6 1 tan 水 n n ip 0 3 50 p i 该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为1 2 4 4光在晶体中的传播光在晶体中的传播 双折射双折射 方解石方解石 o e e o 一一 双折射的概念双折射的概念 1 双折射双折射 n1 n2 i ro re 各向异各向异 性媒质性媒质 自然光自然光 o光光 e光光 2 2 寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光 o o光 光 寻常光 寻常光 遵从折射定遵从折射定 律律且在入射面内传播且在入射面内传播 o rninsinsin 21 e e光光 一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律 const r i e sin sin e e光折射线也不一定在入射面内 光折射线也不一定在入射面内 3 3 晶体的光轴晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生不发生 双折射双折射 该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴光轴 例如 方解石晶体例如 方解石晶体 冰洲石冰洲石 A B 光轴光轴 102 光轴是一特殊的方向光轴是一特殊的方向 凡平凡平 行于此方向的直线均为光轴行于此方向的直线均为光轴 单轴晶体 单轴晶体 只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体 双轴晶体 双轴晶体 有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体 例如 方解石 石英等 例如 方解石 石英等 例如 云母 硫黄等 例如 云母 硫黄等 4 4 主平面和主截面主平面和主截面 主平面 主平面 晶体中光的传播方向与晶体晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面光轴构成的平面 e光光 光轴光轴 e光的光的 主平面主平面 o光光 光轴光轴 o光的光的 主平面主平面 主截面 主截面 晶体表面的法线与晶体光晶体表面的法线与晶体光 轴构成的平面轴构成的平面 O光振动方向垂直于光振动方向垂直于主平面主平面 e光振动方向平行于光振动方向平行于主平面主平面 二二 双折射现象的应用双折射现象的应用 尼科耳棱镜尼科耳棱镜 光轴在光轴在ACNM平面内方向与平面内方向与AC成成480 入射面取 入射面取ACNM面面 两块特殊要求加工的直角方解石 如图 两块特殊要求加工的直角方解石 如图 加拿大树胶的折射率加拿大树胶的折射率n 1 5